(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一面側に、光を電気信号に変換する受光素子が複数形成され、前記半導体基板における前記受光素子の形成面上に、透光膜を介して遮光膜が形成され、前記遮光膜に、前記受光素子それぞれに対応して、透光用の開口部が形成され、該開口部によって、前記受光素子の受光面に平行な線と光の進行方向とによって形成される光の仰角が規定された光センサであって、
ある受光素子に対応する開口部から入射した光が、それと隣接する受光素子に入射することを妨げる遮光部を有し、
前記遮光部は、前記半導体基板における前記受光素子の形成面から、前記遮光膜に達する遮光壁を有し、
前記遮光壁は、互いに隣接する開口部の対向領域を跨ぐように、前記透光膜に形成されていることを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記遮光壁は、環状を成し、
環状を成す前記遮光壁によって、前記開口部の周囲が囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記遮光膜と前記遮光壁は、導電性を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記遮光部は、光を吸収する性質を有する光吸収膜を有し、
該光吸収膜は、前記遮光膜の表面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の光センサ。
【請求項５】
前記遮光膜における前記開口部の縁を構成する端部に、前記光吸収膜が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光センサ。
【請求項６】
前記遮光膜における前記開口部の縁を構成する端部が、光が入射してくる方向に面するように傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の光センサ。
【請求項７】
前記遮光膜は、前記透光膜に多層に形成され、各層の遮光膜に形成された開口部によって、仰角が規定されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に、光を電気信号に変換する受光素子が複数形成され、半導体基板における受光素子の形成面上に、透光膜を介して遮光膜が形成され、遮光膜に、透光用の開口部が複数形成された光センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、半導体基板にフォトダイオードが複数形成され、その形成面上に透光性を有する透光層が形成され、その透光層の上面に遮光性を有する遮光マスクが形成され、遮光マスクに光伝播エリアが複数形成された光センサが提案されている。この光センサでは、遮光マスクの光伝播エリアによって、フォトダイオードの受光面に入射する光の仰角が、規定されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許６８７５９７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に示される光センサでは、透光層の上面に、一層の遮光マスクが形成されている。この構成の場合、ある光伝播エリアから入射した光が、透光層を介して、その光伝播エリアと対応しないフォトダイオードに入射する虞がある。そのため、フォトダイオードの出力信号に意図しない光伝播エリアからの光出力（外乱出力）が含まれる虞があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、受光素子の出力信号に外乱出力が含まれることが抑制された光センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体基板の一面側に、光を電気信号に変換する受光素子が複数形成され、半導体基板における受光素子の形成面上に、透光膜を介して遮光膜が形成され、遮光膜に、受光素子それぞれに対応して、透光用の開口部が形成され、該開口部によって、受光素子の受光面に平行な線と光の進行方向とによって形成される光の仰角が規定された光センサであって、ある受光素子に対応する開口部から入射した光が、それと隣接する受光素子に入射することを妨げる遮光部を有し、遮光部は、半導体基板における受光素子の形成面から、遮光膜に達する遮光壁を有し、遮光壁は、互いに隣接する開口部の対向領域を跨ぐように、透光膜に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
このように本発明によれば、遮光壁が、互いに隣接する開口部の対向領域を跨ぐように、透光膜に形成されている。これによれば、ある開口部から入射した光が、その開口部と対応しない受光素子に入射することが抑制される。すなわち、隣接する開口部間の領域の光伝播を、遮断することができる。したがって、各受光素子の出力信号に、意図しない開口部からの光出力（外乱出力）が含まれることが抑制される。
【０００９】
請求項２に記載のように、遮光壁は、環状を成し、環状を成す遮光壁によって、開口部の周囲が囲まれた構成が好ましい。これによれば、遮光壁によって囲まれた開口部から入射した光が、その開口部と対応しない受光素子に入射することが抑止される。また、遮光壁によって囲まれた開口部と隣接する開口部から入射した光が、遮光壁によって囲まれた開口部と対応する受光素子に入射することが抑止される。更に言えば、半導体基板の縁側から入射した光が、遮光壁によって囲まれた開口部と対応する受光素子に入射することが抑制される。
【００１０】
なお、請求項３に記載のように、遮光膜と遮光壁は、導電性を有する構成が良い。請求項１に記載のように、遮光膜と半導体基板とが、遮光壁を介して接続されているので、遮光膜を、半導体基板に形成された電子素子を電気的に接続する配線として活用することができる。
【００１１】
請求項４に記載のように、遮光部は、光を吸収する性質を有する光吸収膜を有し、該光吸収膜は、遮光膜の表面に形成された構成が好ましい。これによれば、開口部を介して透光膜に入射した光が、透光膜と半導体基板との界面や、透光膜と遮光膜との界面にて反射することを繰り返して、透光膜内を伝播することが抑制される。これにより、ある開口部から入射した光が、その開口部と対応しない受光素子に入射することが抑制され、各受光素子の出力信号に、外乱出力が含まれることが抑制される。
【００１２】
請求項５に記載のように、遮光膜における開口部の縁を構成する端部に、光吸収膜が形成された構成が良い。
【００１３】
請求項１に記載のように、遮光膜の開口部によって光の仰角が規定されるが、その仰角よりも小さい仰角を有する光が、開口部に入射した場合、その光の一部は、遮光膜における開口部の縁を構成する端部に入射する。したがって、請求項５に記載のように、遮光膜における開口部の縁を構成する端部に光吸収膜を形成することで、外乱光が透光膜内を伝播することが抑制される。
【００１４】
請求項６に記載のように、遮光膜における開口部の縁を構成する端部が、光が入射してくる方向に面するように傾斜しており、この傾斜した端部に、光吸収膜が形成された構成が良い。
【００１５】
これによれば、遮光膜における開口部の縁を構成する端部の、光が入射する面積が増大するので、外乱光が、透光膜内を伝播することがより効果的に抑制される。更に言えば、上記した端部が、光の入射してくる方向に面するように傾斜しているので、その端部に入射した光の内、光吸収膜によって吸収されずに反射される光の反射方向を、外部方向とすることができる。これにより、外乱光が透光膜内を伝播することが更に効果的に抑制される。
【００１６】
請求項７に記載のように、遮光膜は、透光膜に多層に形成され、各層の遮光膜に形成された開口部によって、仰角が規定された構成が良い。
【００１７】
これによれば、各層の遮光膜に形成された開口部によって、半導体基板に入射する光の範囲が決定される。したがって、一層の遮光膜に開口部が形成された構成と比べて、半導体基板に入射する光の範囲が狭まることとなる。これにより、ある開口部から入射した光が、その開口部と対応しない受光素子に入射することが抑制される。この結果、各受光素子の出力信号に、外乱出力が含まれることがより効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】光センサの変形例を示す平面図である。
【図４】光センサの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。なお、図１では、後述する開口部４１を構成する縁を実線で示し、遮光壁５１を破線で示す。
【００２０】
図１及び図２に示すように、光センサ１００は、要部として、半導体基板１０と、受光素子２０と、透光膜３０と、遮光膜４０と、遮光部５０と、を有する。半導体基板１０の一面側に、受光素子２０が形成され、その受光素子２０の形成面１０ａ上に、透光膜３０が形成され、その透光膜３０に遮光膜４０と遮光部５０とが形成されている。そして、透光膜３０には、透光用の開口部４１が形成されており、この開口部４１を介して、受光素子２０に光が入射するようになっている。なお、図２では、透光膜３０における、光が入射する範囲を白抜きとして示している。
【００２１】
半導体基板１０は、矩形状を成し、上記した受光素子２０や、該受光素子２０の出力信号を処理する回路を構成する電子素子（図示略）が形成されている。これら電子素子は、半導体基板１０に形成された配線パターン１１を介して電気的に接続されている。なお、後述するように、遮光膜４０は導電性を有する材料から成り、遮光膜４０の一部が、上記した各電子素子を電気的に接続する機能を果たすようになっている。
【００２２】
受光素子２０は、光を電気信号に変換するものである。本実施形態に係る受光素子２０は、ＰＮ接合を有するフォトダイオードである。図２に示すように、受光素子２０は、所定の間隔を置いて、半導体基板１０に複数形成されている。
【００２３】
透光膜３０は、光透過性と絶縁性とを有する材料から成る。このような性質を有する材料としては、例えば酸化シリコンＳｉＯ２がある。図２に示すように、透光膜３０は、形成面１０ａ上に、多層に形成されている。そして、その透光膜３０における、最も上方に位置する透光膜３０を除く透光膜３０それぞれに、半導体基板１０の厚さ方向に貫通する貫通孔３１が形成されている。この貫通孔３１は、後述する導電部材５３によって満たされている。本実施形態では、４つの透光膜３０が形成面１０ａ上に形成されており、形成面１０ａ側の３つの透光膜３０それぞれに、貫通孔３１が形成されている。
【００２４】
遮光膜４０は、遮光性と導電性を有する材料から成る。このような性質を有する材料としては、例えばアルミニウムがある。図２に示すように、遮光膜４０は、２層の透光膜３０の間に形成されており、多層の遮光膜４０が、透光膜３０を介して形成面１０ａ上に形成されている。本実施形態では、３つの遮光膜４０が透光膜３０に形成されており、各層の遮光膜４０それぞれに、受光素子２０に対応した、開口部４１が形成されている。
【００２５】
本実施形態では、各遮光膜４０に形成された開口部４１の開口面積はそれぞれ等しくなっており、これら各層の開口部４１によって、受光素子２０の受光面２０ａに平行な直線と光の進行方向とによって形成される光の仰角が規定されている。そして、開口部４１の縁を構成する端部４２の一部が、光が入射してくる方向に面するように傾斜しており、各層の遮光膜４０は、後述する遮光壁５１を介して互いに連結されている。
【００２６】
遮光部５０は、ある受光素子２０に対応する開口部４１から入射した光が、それと隣接する受光素子２０に入射することを妨げる機能を奏する。そして、遮光部５０は、遮光壁５１と、光吸収膜５２とを有し、透光膜３０における、ある受光素子２０に対応する開口部４１と、それと隣接する受光素子２０に対応する開口部４１との間に形成されている。なお、図１に破線で示すように、本実施形態に係る遮光壁５１は、概略的な平面形状が環状を成し、１つの受光素子２０に対応する開口部４１の周囲を囲ように、透光膜３０に形成されている。このように、遮光壁５１の一部が、隣接する開口部４１の対向領域を跨ぐように形成され、その対向領域が、遮光壁５１によって横断されている。
【００２７】
遮光壁５１は、貫通孔３１に導電材料５３が満たされて成る。導電材料５３は、遮光膜４０と同一材料から成り、遮光膜４０と一体的に連結されている。これによって、各層の遮光膜４０が、遮光壁５１を介して機械的及び電気的に接続されている。また、本実施形態では、図２に示すように、形成面１０ａに最も近い透光膜３０の貫通孔３１を満たす導電部材５３が、配線パターン１１と電気的に接続されている。これにより、遮光膜４０と配線パターン１１とが導電部材５３（遮光壁５１）を介して電気的に接続され、遮光膜４０の一部が、半導体基板１０に形成された各電子素子を電気的に接続する機能を果たすようになっている。
【００２８】
光吸収膜５２は、光を吸収する性質を有する材料から成る。このような性質を有する材料としては、例えばカーボンがある。図２に示すように、光吸収膜５２は、各遮光膜４０の上面４０ａと、開口部４１の縁を構成する端部４２とに形成されている。
【００２９】
次に、本実施形態に係る光センサ１００の作用効果を説明する。上記したように、遮光壁５１が、互いに隣接する開口部４１の対向領域を跨ぐように、透光膜３０に形成されている。これによれば、ある開口部４１から入射した光が、その開口部４１と対応しない受光素子２０に入射することが抑制されるので、各受光素子２０の出力信号に、意図しない開口部４１からの光出力（外乱出力）が含まれることが抑制される。
【００３０】
図１に示すように、遮光壁５１によって、ある受光素子２０と、それと隣接する受光素子２０との間における、形成面１０ａ側の３つの透光膜３０それぞれが遮光されている。これにより、ある受光素子２０と、それと隣接する受光素子２０との間を、遮光壁５１によって完全に遮光することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、遮光壁５１は、概略的な平面形状が環状を成し、１つの受光素子２０に対応する開口部４１の周囲を囲むように、透光膜３０に形成されている。これによれば、遮光壁５１によって囲まれた開口部４１に入射した光が、この開口部４１と対応しない受光素子２０に入射することが抑止される。また、遮光壁５１によって囲まれた開口部４１とは異なる開口部４１（紙面左方の開口部４１）に入射した光が、遮光壁５１によって囲まれた開口部４１に対応する受光素子２０に入射することが抑止される。更に言えば、半導体基板１０の縁側から入射した光が、遮光壁５１によって囲まれた開口部４１に対応する受光素子２０に入射することが抑制される。
【００３２】
遮光膜４０と遮光壁５１（導電部材５３）とは導電性を有し、その遮光壁５３の一部が配線パターン１１と電気的に接続されている。これにより、半導体基板１０に形成された電子素子を、遮光壁５１と遮光膜４０とを介して電気的に接続することができる。
【００３３】
遮光部５０は、光を吸収する性質を有する光吸収膜５２を有し、該光吸収膜５２は、遮光膜４０の上面に形成されている。これによれば、開口部４１を介して透光膜３０に入射した光が、透光膜３０と半導体基板１０との界面や、透光膜３０と遮光膜４０との界面にて反射することを繰り返して、透光膜３０内を伝播することが抑制される。これにより、ある開口部４１から入射した光が、その開口部４１と対応しない受光素子２０に入射することが抑制され、各受光素子２０の出力信号に、外乱出力が含まれることが抑制される。
【００３４】
また、本実施形態では、遮光膜４０における開口部４１の縁を構成する端部４２に、光吸収膜５２が形成されている。各層の遮光膜４０の開口部４１によって規定される仰角よりも小さい仰角を有する光（例えば、図２に破線矢印で示す光）が、開口部４１に入射した場合、その光の一部は、上記した端部４２に入射する。したがって、本実施形態で示したように、端部４２に光吸収膜５２を形成することで、外乱光が透光膜３０内を伝播することが抑制される。
【００３５】
そして、本実施形態では、端部４２の一部が、光が入射してくる方向に面するように傾斜しており、この傾斜した端部４２に、光吸収膜５２が形成されている。これによれば、端部４２における、光が入射する面積が増大するので、外乱光が、透光膜３０内を伝播することがより効果的に抑制される。更に言えば、上記した端部４２が、光の入射してくる方向に面するように傾斜しているので、その端部４２に入射した光の内、光吸収膜５２によって吸収されずに反射される光の反射方向を、外部方向（例えば、破線矢印の反対方向）とすることができる。これにより、外乱光が透光膜３０内を伝播することが更に効果的に抑制される。
【００３６】
半導体基板１０の形成面１０ａ上に透光膜３０が形成され、その透光膜３０に遮光膜４０が多層に形成されている。そして、各層の遮光膜４０に、受光素子２０それぞれに対応した、透光用の開口部４１が形成されている。これによれば、各層の遮光膜４０に形成された開口部４１によって、半導体基板１０に入射する光の範囲が狭まることとなる。これにより、ある開口部４１から入射した光が、その開口部４１と対応しない受光素子２０に入射することが抑制される。この結果、各受光素子２０の出力信号に、外乱出力が含まれることがより効果的に抑制される。
【００３７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００３８】
本実施形態では、半導体基板１０の形成面１０ａ上に透光膜３０が形成され、その透光膜３０に遮光膜４０が多層に形成された例を示した。しかしながら、遮光膜４０は一層でも良い。この場合、貫通孔３１は、形成面１０ａから一層の遮光膜４０に達するように形成され、その貫通孔３１に導電部材５３が充填されて、遮光壁５１が形成される。
【００３９】
本実施形態では、図１に破線で示すように、遮光壁５１は、概略的な平面形状が環状を成し、１つの受光素子２０に対応する開口部４１の周囲を囲むように、透光膜３０に形成された例を示した。しかしながら、遮光壁５１の形状及びその形成位置は上記例に限定されない。例えば、図３に示すように、概略的な平面形状がコの字状とされた遮光壁５１を、透光膜３０における任意の２つの受光素子２０に対応する開口部４１の間を含む、透光膜３０における１つの受光素子２０に対応する開口部４１の周囲の一部を囲む領域に形成しても良い。若しくは、図４に示すように、概略的な平面形状が矩形状とされた遮光壁５１を、透光膜３０における任意の２つの受光素子２０に対応する開口部４１の間に複数形成することで、隣接する開口部４１の対向領域を、複数の遮光壁５１によって横断しても良い。図３及び図４は、光センサの変形例を示す平面図である。
【００４０】
本実施形態では、開口部４１の縁を構成する端部４２の一部が、光が入射してくる方向に面するように、傾斜している例を示した。しかしながら、端部４２の全てが、光が入射してくる方向に面するように、傾斜していても良い。
【００４１】
本実施形態では、遮光膜４０の上面４０ａに、光吸収膜５２が形成された例を示した。しかしながら、光吸収膜５２は遮光膜４０の表面に形成されていれば良く、例えば、光吸収膜５２を、遮光膜４０の下面４０ｂに形成しても良い。
【００４２】
本実施形態では、各層の開口部４１の開口面積が等しい例を示した。しかしながら、各層の開口部４１の開口面積は、異なっていても良い。例えば、各層の開口部４１の開口面積を、形成面１０ａに近づくにつれて小さくしても良い。
【００４３】
本実施形態では、遮光膜４０が、遮光性と導電性を有する材料から成る例を示した。しかしながら、遮光膜４０によって、半導体基板１０に形成された各電子素子を電気的に接続しなくとも良い場合、遮光膜４０を、光を吸収する性質を有する材料によって形成しても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１０・・・半導体基板
２０・・・受光素子
２０ａ・・・受光面
３０・・・透光膜
４０・・・遮光膜
４１・・・開口部
４２・・・端部
５０・・・遮光部
５１・・・遮光壁
５２・・・光吸収膜
１００・・・光センサ
【図１】
0005402893.tif 000002
【図２】
0005402893.tif 000003
【図３】
0005402893.tif 000004
【図４】
0005402893.tif 000005